Role of CTCF in heart developement: 3D genomic structure and regulation of the IrxA locus

• Autores: Melisa Gómez Velázquez
• Directores de la Tesis: Miguel Manzanares Fourcade (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2016
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Paola Bovolenta Nicolao (presid.), Lluís Montoliu i José (secret.), Vincent Christoffels (voc.), Ana Losada Valiente (voc.), Luis del Peso Ovalle (voc.)
• Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Bioquímica, Biología Molecular, Biomedicina y Biotecnología (Biociencias Moleculares)
• Materias:
  • Química
    • Bioquímica
      • Biología molecular
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • La célula necesita ejercer un alto control sobre la expresión génica para que la información fluya adecuadamente en tiempo y en espacio. Para lograr esto, la información almacenada en el genoma debe estar altamente organizada para que se despliegue correctamente. Cada vez hay más evidencia sugiriendo que la estructura tridimensional (3D) del genoma juega un papel importante en su organización y función. Diferentes proteínas arquitecturales que se unen a la cromatina son elementos clave en la estructura 3D del genoma, entre estas proteínas CTCF tiene un papel importante en este proceso. Nuestro objetivo era explorar el papel de la estructura 3D mediada por CTCF en el desarrollo de corazón. Encontramos que Ctcf es esencial para el desarrollo cardiaco, y que su pérdida da lugar a malformaciones cardiacas que eventualmente conllevan a la muerte embrionaria. Para obtener una visión global del impacto de la pérdida de Ctcf en el corazón embrionario, examinamos los efectos en la transcripción de todo el genoma. Observamos que Ctcf es necesario para activar el programa transcripcional de desarrollo cardiaco, y lo consigue cuando une enhnacers de corazón y genes blanco. También evaluamos el papel de CTCF como aislador en varios contextos genómicos, en los cuales sitios de unión de este factor están localizados entre genes con patrones de expresión divergente, encontramos que CTCF no siempre actúa como aislador y que seguramente no es el único elemento responsable de separar dominios regulatorios distintos.

    Nos enfocamos en el cluster IrxA que contiene los genes Irx1, Irx2 y Irx4, como un ejemplo para entender como la estructura 3D del genoma y la regulación de la expresión génica son mediadas por CTCF. Para conseguir esto, realizamos un análisis de captura de la conformación del cromosoma, por 4C-seq, para interrogar los dominios de interacción establecidos por los promotores de los genes del cluster y como estos cambiaban al eliminar CTCF. Encontramos que la pérdida de Ctcf desestabiliza la estructura 3D del cluster, afectando marcadamente el dominio de interacción de Irx4. Esto tuvo un impacto en la expresión génica de los miembros del cluster y de sus miembros vecinos. Irx4 estaba downregulado, mientras que Irx1, Irx2 y los tres primeros genes teloméricos del cluster, Ndufs6, Mrlp36 y Lpcat1 estaban upregulados. Basados en el perfil de 4C-seq, encontramos que el dominio regulatorio de Irx4 está delimitado por sitios de unión a CTCF, donde se localizan varios enhancers cardiacos. Finalmente, también encontramos que un sitio específico de unión a CTCF localizado entre Irx2 e Irx4 es necesario para establecer la estructura genómica 3D del locus de Irx4, así como para su expresión génica adecuada.

    Aquí mostramos que la estructura 3D mediada por la proteína arquitectural CTCF es necesaria para el desarrollo cardiaco adecuado.